KR101836114B1 - 상분리를 이용한 습식 탈황공정의 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보다 쉽고 간단한 방식으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있도록, 정삼투 과정 중에서 발생하는 유도 용액으로부터 청수(Fresh water)를 생산할 수 있는 폐수 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 정삼투막 모듈에 사용되는 유도 용액에 포함되는 유도 용질의 고임계용해온공정을 (UCST; Upper Critical Solution Temperature)가 상온보다 낮은 물질을 사용함으로써, 기존의 가열 방식이 아닌 냉각 방식을 통해 유도 용질의 상변화를 유도함으써, 보다 간단하고 경제적으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있는 효과가 있으며, 별도의 가열 장비를 요구하지 않아, 운전 비용 및 설치 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

상분리를 이용한 습식 탈황공정의 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법{Wet FGD waste water treating apparatus with phase separation and a treating method thereof}

본 발명은 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리하는 장치 및 폐수처리 방법에 관한 것으로, 보다 쉽고 간단한 방식으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있도록, 정삼투 과정 중에서 발생하는 유도 용액으로부터 청수(Fresh water)를 생산할 수 있는 폐수 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 유도 용액에 포함된 유도 용질의 상분리(phase separation) 현상을 이용하여 저비용의 폐수 처리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

황분(黃分)이 많은 원유를 상압증류법(常壓蒸溜法) 등으로 분리하는 공정을 수행할 경우, 생성되는 가솔린, 등유, 경유 뿐만 아니라 윤활유, 중유(重油)에 이르는 거의 대부분의 제품에서 황화합물이 포함되어 있어, 이의 제거하는 과정 중에서 발생하는 폐수의 처리 장치 및 방법이 필수적으로 요구되고 있다.

이러한 탈황 공정은 연소가스 내에 이산화황을 생성하여 악취와 공해 물질을 생성하므로, 필수적으로 요구되는 공해 방지 시설 및 단계로 수행되며, 이때 발생하는 폐수의 처리 역시 환경 오염 측면에서 매우 중요하게 인식되고 있다.

이렇게 탈황 공정에서 발생하는 폐수의 처리를 위해 매우 다양한 방법이 사용되고 있는데, 그중에서도 가장 대표적인 방법이 정삼투 분리막 및 이를 사용한 정삼투 모듈, 정삼투 시스템을 들 수 있다(도 1 참조).

정삼투 공정은 정삼투막(1)을 사이에 두고 해수, 하수 또는 폐수와 같은 피드 용액(feed solution)(10)과 유도용액(draw solution)을 배치 시킨 상태에서 유도용액과 피드 용액 사이의 용질의 농도 차에 의한 정삼투(forward osmosis)를 유도하여 피드 용액을 농축수(11)와 희석된 유도용액인 처리수(21)로 분리하는 기술이다. 이때, 상기 희석된 유도용액은 유도용액 회수단계인 탈거 유닛(30)에서 담수(혹은 청수)(40)와 농축된 유도용액(31)으로 분리된다.

이때, 정삼투막(1)은 막을 통해 피드 용액(10)에서 유도 용액(20)으로 물의 유입이 이루어지도록 하며, 높은 삼투압의 유지 및 정삼투 공정의 효율 향상에 중요한 역할을 한다. 따라서 정삼투막(1)은 삼투방향으로의 높은 수투과성을 가져야 할 뿐만 아니라 역삼투 방향으로 유도용액의 용질이 확산되지 않게 설계되어야 하며, 막 오염을 최소화할 수 있어야 한다.

이러한 정삼투막(1)을 거쳐 희석된 유도용액(21)을 대상으로 유도용액 회수 공정(30)에서 담수(혹은 청수)(40)와 농축된 유도 용액(31)으로 분리하기 위해서는 Thermal ZLD(Zero Liquid Discharge) 방식인 가열유닛(50)이 널리 활용되고 있으나, 물을 증발시켜 농축된 유도 용액을 형성하기 위해 많은 에너지가 소모되고 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, OASIS Co,에서는 이러한 정삼투 공정(Forward Osmosis)을 활용하여 FGD 형태로 폐수를 처리하고 있으며, 이때 사용되는 유도 용질(Draw Solute)는 Ammonium Bicarbonate를 주로 사용하고 있다. 이러한 Ammonium Bicarbonate를 유도 용질로 포함하는 유도 용액을 사용할 경우, 정삼투막 모듈(15) 내에서 처리하고자 하는 처리수 혹은 피드 용액(본 발명의 경우에는 습식 탈황공정의 폐수에 해당함)(10)과 유도 용액(Draw Solution)(20)간의 삼투 현상에 의한 물질 교환이 이루어져 유도 용액이 희석(21)되고, 처리수 혹은 피드 용액은 더욱 농축(11)된다.

이렇게 희석된 유도 용액(21)으로부터 청수(혹은 담수)(40)를 회수하기 위하여, 상기 가열유닛(50)에서 상기 희석된 유도 용액(21)에 열을 가하여, 유도 용액 내에 포함된 유도 용질인 Ammonium Bicarbonate를 암모니아와 이산화탄소로 분해하여 증발시켜 분리하는 방식을 사용하고 있는데, 이때, 유도 용질을 분해하여 증발시키기 위해서는 약 70 ℃ 이상의 온도로 가열되어야만 하는 문제점이 존재한다.

이러한 유도 용질의 분리를 위한 가열 공정은 필연적으로 공정 비용의 상승을 수반하게 되므로, 보다 저비용으로 탈황 폐수를 처리하는 방법과 장치에 관한 연구가 필수적으로 요구되고 있다.

또한, 이러한 가열 공정을 수행하기 위해서는 폐수 처리 장치 내에 추가적인 가열 시스템이 요구되므로, 전체 폐수 처리 설비의 부피 혹은 설치 면적을 증가시키므로, 설치 비용 및 운전 비용이 증가하는 문제점이 존재한다.

공개특허 제2011-0091153호

본 발명은, 보다 쉽고 간단한 방식으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있도록, 정삼투 과정 중에서 발생하는 유도 용액으로부터 청수(Fresh water)를 생산할 수 있는 폐수를 처리하는 장치 및 폐수처리 방법을 제공하기 위한 것으로, 정삼투 모듈 혹은 정삼투 단계를 거쳐 희석된 유도 용액으로부터 보다 경제적이면서도 손쉽게 청수를 분리하기 위해, 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)가 약 15 ~ 25 ℃인 유도 용질을 사용하고, 희석된 유도 용액을 가열 방식이 아닌 냉각 방식을 통해 유도 용질의 상분리를 유도함으로써, 보다 경제적으로 청수를 생산하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리하여 청수(Fresh water)를 생산하는 폐수 처리 장치에 관한 것으로, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 전처리하는 전처리부; 상기 전처리부를 거친 폐수를 정삼투막을 사용하여 농축 폐수와 희석된 유도용액을 배출하는 정삼투막 모듈; 상기 정삼투막 모듈에서 배출되는 희석된 유도 용액을 일정 온도 이하로 냉각하는 냉각처리부; 상기 냉각처리부에서 냉각된 희석된 유도 용액을 막분리 공정을 통해 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리부;를 포함하고, 상기 막분리부에서 농축된 유도 용액은, 상기 정삼투막 모듈로 다시 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각처리부의 일정 온도는, 유도 용액에 포함된 유도 용질(draw solute)의 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)인 것이 바람직하고, 상기 유도 용질(draw solute)의 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)는 약 15 ~ 25 ℃인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 폐수 처리 장치는, 상기 막분리부에서 농축된 유도 용액이, 열교환기를 거쳐 가열된 후 상기 정삼투막 모듈로 공급될 수 있으며, 상기 정삼투막에서 배출되는 농축 폐수는 크리스탈라이져(crystallizer)를 거쳐 고형 폐기물로 배출될 수 있다.

또한, 상기 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리부는 나노막(nano membrane) 또는 한외여과막(ultra-filtration)을 포함하는 것이 바람직하고, 본 발명에서 사용되는 유도 용액은, 일정 온도 이하로 냉각된 냉각처리부에서 상전이(phase transition)되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 유도 용액이 약 15 ~ 25 ℃의 범위에서 상분리 될 수 있다.

본 발명의 폐수 처리 장치에서 사용되는 정삼투막은, 셀룰로오스아세테이트계 또는 폴리에테르설폰계 반투막인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시 형태로, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리하여 청수(Fresh water)를 생산하는 폐수 처리 방법을 들 수 있는데, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 전처리하는 전처리 단계; 상기 전처리 단계를 거친 폐수를 정삼투막 모듈에 도입하여 농축 폐수와 희석된 유도용액을 배출하는 정삼투막 처리 단계; 상기 정삼투막 모듈에서 배출되는 희석된 유도 용액을 냉각 처리부에 도입하여 일정 온도 이하로 냉각하는 냉각처리 단계; 상기 냉각 처리 단계에서 냉각된 희석된 유도 용액을 막분리부에 도입하여 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리 단계;를 포함하고, 상기 막분리 단계에서 농축된 유도 용액은, 상기 정삼투막 모듈로 다시 공급되어 재활용되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각처리 단계에서의 일정 온도는, 유도 용액에 포함된 유도 용질(draw solute)의 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)인 것이 바람직하고, 상기 유도 용질(draw solute)의 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)는 약 15 ~ 25 ℃인 것이 더욱 바람직하다.

상기 막분리 단계에서 농축된 유도 용액은, 열교환기를 통해 가열된 후 상기 정삼투막 모듈로 공급될 수 있고, 상기 정삼투막 처리 단계에서 배출되는 농축 폐수는 크리스탈라이즈(crystallization) 단계를 거쳐 고형 폐기물 형태로 배출될 수 있으며, 상기 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리 단계는 나노막(nano membrane) 또는 한외여과막(ultra-filtration)을 사용하여 수행되는 것도 가능하다.

본 발명에서 사용되는 유도 용액은, 일정 온도 이하로 냉각된 냉각처리부에서 상분리(phase separation)되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 유도 용액이 약 15 ~ 25 ℃의 온도 범위에서 상분리 될 수 있다.

본 발명의 정삼투막 처리 단계에서 사용되는 정삼투막은, 셀룰로오스아세테이트계 또는 폴리에테르설폰계 반투막인 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 폐수를 처리하는 장치 및 폐수처리 방법은, 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)가 약 15 ~ 25 ℃의 범위로 상온보다 낮은 유도 용질을 사용하고, 희석된 유도 용액을 가열 방식이 아닌 냉각 방식을 통해 유도 용질의 상분리를 유도함으써, 보다 간단하고 경제적으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 기존의 가열 시스템이 아닌 상온 이하의 냉각 시스템을 채용하고 있어, 별도의 가열 장비를 요구하지 않아, 운전 비용 및 설치 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 가열 방식의 습식 탈황공정의 폐수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 습식 탈황공정의 폐수처리 장치를 도식적으로 나타난 것이다.
도 3은 본 발명의 유도 용질이 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature) 부근에서 상분리되는 것을 설명하기 위한 상태도(phase diagram)이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 습식 탈황 공정의 폐수처리 장치 및 방법에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 기존의 정삼투 방식을 통한 습식 탈황 공정의 폐수처리 장치와 이를 사용한 폐수처리 방법을 도 1을 참조하여 살펴보면, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)는 정삼투막 모듈(15)에 공급되는데, 이때 선택적으로 전처리 장치(5)를 통해 전처리 단계가 수행될 수 있다.

이러한 전처리 장치(5)는 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)에 포함된 다양한 종류의 입자 혹은 후속의 정삼투막 모듈(15)에 위치하는 정삼투막(1)을 오염시킬 수 있는 오염 물질을 사전에 제거하기 위한 것으로, 특별한 전처리 장치로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 필터 유닛, pH 조절 유닛, 추가 화학 약품 투입 유닛 등과 같은 기존의 공지의 다양한 형태의 전처리 장치를 포함할 수 있다.

이렇게 공급된 폐수(10)는 정삼투막 모듈(15) 내에서 정삼투막(1)을 사이에 두고 유도 용액(20)과 물질 전달(mass transfer)이 이루어지게 된다. 즉, 유입되는 폐수(10)에 비해 용질의 농도가 높은 고농도의 유도 용액(20)과 정삼투막(1)을 사이에 두고 접하면서 정삼투 현상이 일어나게 되고, 이를 통해 공급된 폐수(10)는 농축되어 고농도의 폐수(11)로 배출되고, 고농도의 유도 용액(20)은 정삼투 현상을 통해 유입된 용매인 물에 의해 희석되어 희석된 유도 용액(21)의 형태로 정삼투막 모듈(15)로부터 배출된다.

이렇게 배출된 고농도의 폐수(11)는 결정화 유닛(60)을 통해 결정화되어 폐기처분(61)되고, 희석된 유도 용액(21)은 가열 유닛(50)에서 가열되어 유도 용액 내에 포함되어 있는 유도 용질을 열분해 함으로써, 후속 단계인 탈거 유닛(Stripper,30)에서 열분해된 가스 형태로 분리할 수 있으며, 이를 통해 청수(40)를 생산하게된다. 이때, 열분해된 가스 형태의 유도 용질은 후속의 열교환기(70)를 통해서 냉각되고, 흡수유닛(80)을 거쳐 다시 고농도의 유도 용액(20) 형태로 회수되어 정삼투막 모듈(15)로 순환되어 재공급될 수 있다.

앞서 종래의 기술에서 언급하였듯이, 이러한 정삼투 공정에서 가장 널리 사용되는 유도 용질로 Ammonium Bicarbonate를 들 수 있는데, 이러한 Ammonium Bicarbonate 유도 용질의 경우에는, 상기 가열 유닛(50)에서 상기 유도 용질이 적어도 70 ℃ 이상으로 가열되어야만 암모니아와 이산화탄소로 분해되어 청수와 분리될 수 있다.

이러한 종래의 기술에 따른 폐수 처리 장치 및 방법에서는 희석된 유도 용액에서 유도 용질을 분리하기 위해 필수적으로 가열 유닛(50)이 요구되며, 이러한 가열 유닛(50)의 운전을 위해서 에너지 투입 비용이 운전 비용에 포함되고, 폐수 처리 장치 내에 가열 유닛이 필요하므로, 설치 비용 역시 증가하게 되는 문제점이 존재한다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들은 가열 유닛에 의한 유도 용질의 증발 대신, 유도 용질의 상분리를 냉각 유닛을 통해 구현한 후, 가열 공정에 비해 저가인 NF(Nano Filtration) 또는 UF(Ultra-Filtration)막을 사용하는 막분리 공정을 도입함으로써, 운전 비용 및 설치 비용이 감소된 습식 탈황공정에서 발생하는 폐수의 처리 장치와 처리 방법을 제공하고자 한다.

도 3의 상태도(phase-diagram)에서 확인되듯이, 통상적으로 Oligomer 또는 Polymer 등이 물에 용해되어 있을 때, UCST(고임계용해온도, Upper Critical Solution Temperature) 이상의 온도에서는 단일상(Single-phase)을 유지하지만, UCST 이하의 온도가 되면 결정화되어 상 분리(phase separation)이 발생하게 된다.

본 발명에서는 이러한 온도에 따른 상분리 특성을 갖는 올리고머 또는 고분자 물질을 유도 용질로 도입함으로써, 종래의 기술에서 필수적으로 요구되는 가열 유닛을 사용하지 않고, 온도를 제어함으로써 유도 용액 내의 유도 용질의 상분리를 유도함으로써, NF 또는 UF와 같은 비교적 저가의 분리막 공정을 사용하여 청수를 생산하게 된다.

보다 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 유도 용질은 상전이 온도인 UCST가 약 15 ~ 25 ℃인 것이 바람직하다. 즉, UCST가 상온(25 ~ 30 ℃) 보다 낮은 온도 범위인 15 ~ 25 ℃인 유도 용질을 본 발명의 폐수 처리 장치 및 방법에 사용함으로써, 희석된 유도 용액의 냉각에 사용되는 공정 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 2에서 확인되듯이, 본 발명 정삼투막 모듈(15)에 도입되는 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)의 온도가 약 40 ℃로 상온에 비해 훨씬 높기 때문에, 냉각 유닛(100)에서 희석된 유도 용액(21) 내의 유도 용질의 상변화를 유도한 이후, 후속의 NF 또는 UF를 통해 청수를 분리하고, 농축된 상변화된 유도 용질의 온도를 다시 가열하여 원래의 정삼투 공정에 재사용하는 과정 중에서, 본 발명 정삼투막 모듈(15)에 도입되는 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)의 일부와 열교환이 이루어지도록 열교환기(71)를 설치함으로써, 유도 용질의 재활용에 추가적인 가열에 에너지가 투입되지 않는 장점이 존재한다.

또한, 기존의 역삼투막(Reverse Osmosis) 시스템은 원수의 농도가 높아질 수록 높은 압력이 필요로 되지만, 본 발명의 정삼투막 모듈을 사용하는 폐수 처리 시스템은 고농도(TDS 100,000 이상)의 폐수를 처리할 수 있는 장점이 존재한다.

본 발명에서 사용되는 UCST가 약 15 ~ 25 ℃인 유도 용질은, 올리고머 또는 고분자의 분자 구조 내의 탄소 Backbone이나 Branch의 적절한 제어를 통해 UCST의 온도를 더욱 미세한 영역으로 제어할 수 있는 장점을 가지며, 바람직한 유도 용질을 나열하면 다음의 구조를 갖는 물질을 유도 용질로 사용할 수 있다.

(화학식 1)

(화학식 2)

(화학식 3)

본 발명에서 사용될 수 있는 유도 용질의 종류는 상기 화학식 1 내지 3에서 제시된 물질로 한정되는 것은 아니며, UCST가 약 15 ~ 25 ℃의 범위인 올리고머 또는 폴리머 물질이 유도 용질로 사용될 수 있으며, 상기 화학식 1 내지 3의 물질에 대해서 분자 구조 내의 탄소 Backbone이나 Branch에 적절한 작용기를 치환시키는 등의 분자 구조의 제어를 통해 UCST 온도 범위를 15 ~ 25 ℃의 범위 내에서 더욱 미세한 범위로 제어하여 사용하는 것도 가능하다.

이하에서는 상기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나 이상의 물질을 유도 용질로 사용한 본 발명의 습식 탈황공정의 폐수처리 장치와 폐수 처리리 방법에 대하여 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보고자 하며, 앞서 도 1의 종래의 습식 탈황공정의 폐수처리 장치와 동일한 부분에 대해서는 혼란을 피하기 위해 동일한 부호를 사용하였으며, 종래 기술과의 차이점을 중심으로 설명하고자 한다.

먼저, 습식 탈활 공정에서 배출되는 폐수(10)는 정삼투막 모듈(15)에 공급되어, 상기 정삼투막 모듈(15)로 공급되는 고농도의 유도 용액(20)과 정삼투막(1)에 의해 농축되어 고농도의 폐수(11) 형태로 배출되어 후단의 결정화 유닛(60)을 거쳐 폐기 처리(61)될 수 있다.

상기 폐수(10)가 정삼투막 모듈(15)에 공급되기 전에 필요에 따라 전처리 장치(5)에 의한 전처리 단계를 거칠 수 있는데, 이는 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)에 포함된 다양한 종류의 입자 혹은 후속의 정삼투막 모듈(15)에 위치하는 정삼투막(1)을 오염시킬 수 있는 오염 물질을 사전에 제거하기 위한 것으로, 특별한 전처리 장치로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 필터 유닛, pH 조절 유닛, 추가 화학 약품 투입 유닛 등과 같은 기존의 공지의 다양한 형태의 전처리 장치가 포함될 수 있다.

상기 정삼투막 모듈(15)에 공급된 고농도의 유도 용액(20)은 정삼투 현상에 의해 희석되어 희석된 유도 용액(21)으로 배출되어 냉각 유닛(100)으로 공급된다. 상기 냉각 유닛(100)에서는 희석된 유도 용액(21) 내에 포함된 유도 용질의 상분리를 유도하기 위해 희석된 유도 용액(21)을 약 15 ~ 25 ℃의 범위로 냉각시키게 되고, 이러한 냉각 과정을 통해 유도 용질의 UCST 이하로 온도가 낮아짐에 따라 유도 용액 내에서 균일하게 녹아있던 유도 용질은 비균질한 콜로이드 형태로 상전이 되어 유도 용액 내에서 석출된다.

이렇게 비균질한 콜로이드 형태로 상전이 된 유도 용질은 후속의 막분리 유닛(200)을 통해서 청수(40)와 분리되어 열교환기 유닛(71)으로 이동된다. 상기 막분리 유닛(200)은 특별히 한정되지는 않지만, 상전이된 유도 용액에서 청수(40)를 효과적으로 분리할 수 있는 NF(Nano-Filtration)막 또는 한외여과(Ultra-Filtration)막을 포함할 수 있다. 필요에 따라 선택적으로 상기 냉각 유닛(100)과 막분리 유닛(200)의 사이에는 콜로이드 형태의 상전이된 유도 용질이 많은 액상(rich phase)와 청수 형태로 유도 용질이 거의 포함되어 있지 않은 희박 액상으로 사전에 미리 분리를 진행할 수 있는 액-액 분리 유닛(300)이 추가로 더 포함되는 것도 가능하다.

이렇게 막분리 유닛(200)을 통해 청수(40)와 분리된 콜로이드 형태로 상전이된 유도 용액은 열교환 유닛(71)으로 공급되어 가열됨으로써, 균일한 homogeneous 상(phase)로 변화될 수 있다.

상기 열교환 유닛(71)은 별도의 열원을 사용하여 상기 유도 용액을 가열하는 것도 가능하지만, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수(10)의 온도가 약 40 ℃로 상온에 비해 훨씬 높기 때문에, 폐수(10)의 일부(12)를 상기 열교환 유닛(71)으로 공급하여 상기 유도 용액과 열교환 시킴으로써, 추가적인 가열 수단 없이 콜로이드 상으로 상분리된 유도 용질을 가열하여 원래의 균일한 상(homogeneous phase)로 재생하는 것도 가능하다. 이렇게 균일한 상으로 재생된 유도 용질을 포함하는 유도 용액은 다시 정상투막 모듈(15)로 공급되어, 폐수(10)의 정삼투 처리 단계에 사용될 수 있다.

이상과 같이 살펴본 본 발명에서 제공하는 폐수를 처리하는 장치 및 폐수처리 방법은, 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)가 상온보다 낮은 유도 용질을 사용함으로써, 정삼투막 모듈을 거쳐 희석된 유도 용액을 기존의 가열 방식이 아닌 냉각 방식을 통해 유도 용질의 상변화를 유도함으써, 보다 간단하고 경제적으로 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 처리할 수 있는 효과가 있으며, 별도의 가열 장비를 요구하지 않아, 운전 비용 및 설치 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시 형태 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 내용에서 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 포함되는 것은 너무도 당연하다 할것이다.

(1) 정삼투막 (5) 전처리 유닛
(10) 폐수 (11) 농축된 폐수
(15) 정삼투막 모듈 (20) 고농도의 유도 용액
(21) 희석된 유도 용액 (30) 탈거 유닛
(40) 청수 (50) 가열 유닛
(60) 결정화 유닛 (70), (71) 열교환 유닛
(80) 흡수 유닛 (100) 냉각 유닛
(200) 막분리 유닛

Claims (18)

1. 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 전처리하는 전처리부;
   상기 전처리부를 거친 폐수를 정삼투막을 사용하여 농축 폐수와 희석된 유도용액을 배출하는 정삼투막 모듈;
   상기 정삼투막 모듈에서 배출되는 희석된 유도 용액을 15 ~ 25 ℃의 범위로 냉각하는 냉각처리부;
   상기 냉각처리부에서 냉각된 희석된 유도 용액을 막분리 공정을 통해 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리부;를 포함하고,
   상기 막분리부에서 농축된 유도 용액은, 열교환기를 거쳐 가열된 후 상기 정삼투막 모듈로 다시 공급되며,
   상기 유도 용액에 포함된 유도 용질(draw solute)은 냉각처리부에서 상전이(phase transition)되도록 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)를 갖고,
   상기 열교환기는, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수의 일부가 공급되어 열원으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 정삼투막에서 배출되는 농축 폐수는 크리스탈라이져(crystallizer)를 거쳐 고형 폐기물로 배출되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리부는 나노막(nano membrane) 또는 한외여과막(ultra-filtration)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 장치.
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9. 제1항에 있어서,
   상기 정삼투막은, 셀룰로오스아세테이트계 또는 폴리에테르설폰계 반투막인 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 장치.
10. 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수를 전처리하는 전처리 단계;
    상기 전처리 단계를 거친 폐수를 정삼투막 모듈에 도입하여 농축 폐수와 희석된 유도용액을 배출하는 정삼투막 처리 단계;
    상기 정삼투막 모듈에서 배출되는 희석된 유도 용액을 냉각 처리부에 도입하여 15 ~ 25 ℃의 범위로 냉각하는 냉각처리 단계;
    상기 냉각 처리 단계에서 냉각된 희석된 유도 용액을 막분리부에 도입하여 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리 단계; 및
    상기 막분리 단계에서 농축된 유도 용액이, 열교환기를 통해 가열된 후 상기 정삼투막 모듈로 다시 공급되어 재활용되는 단계;를 포함하고,
    상기 유도 용액에 포함된 유도 용질(draw solute)은 냉각처리부에서 상전이(phase transition)되도록 고임계용해온도(UCST; Upper Critical Solution Temperature)를 가지며,
    상기 열교환기는, 습식 탈황 공정에서 배출되는 폐수의 일부가 공급되어 열원으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 방법.
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14. 제10항에 있어서,
    상기 정삼투막 처리 단계에서 배출되는 농축 폐수는 크리스탈라이즈(crystallization) 단계를 거쳐 고형 폐기물 형태로 배출되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 방법.
15. 제10항에 있어서,
    상기 청수와 농축된 유도 용액으로 분리하는 막분리 단계는 나노막(nano membrane) 또는 한외여과막(ultra-filtration)을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 방법.
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18. 제10항에 있어서,
    상기 정삼투막은, 셀룰로오스아세테이트계 또는 폴리에테르설폰계 반투막인 것을 특징으로 하는, 습식 탈황공정의 폐수처리 방법.
    

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